摘要：针对立方相位板的曲面特征，基于波前传感方法设计了面形测量系统。提出了波前数据到曲面面形的映射模型，借助图像处理方法有效地提高了测量的动态范围，实现了较大曲率的立方相位板面形精度的超精密测量。仿真分析表明，该模型的转换精度同传统算法相比提高了2～3倍，测量的动态范围提高了4倍，且仍有提高空间。最后搭建的实验系统实现了实际立方相位板面形的测量，通过与Wyko白光干涉仪的测量数据对比，验证了测量的准确性。

摘要：本文中对复杂面形的非球面镜进行了分类,并从加工方法和加工路径优化设计等方面研究了复杂非球面镜的超精密车削方法.对回转对称的复杂非球面镜进行了加工实验,并借助超精密测量技术对各段曲面进行面形测量,依据测量结果实现面形补偿加工.最终粗糙度Ra达5.14 nm,形状精度P-V值达200 nm.采用提出的方法对非回转对称的非球面阵列进行加工路径设计,根据具体面形进行加工参数选择和实际加工,得到粗糙度Ra为7.81nm的表面.实验结果证明了提出的加工方法高效实用,可以满足大部分复杂非球面的应用需求.

摘要：自由曲面棱镜是轻型头盔显示系统的核心光学器件,其巧妙的设计以及精密的加工方法历来备受研究者的关注。目前有关自由曲面棱镜的研究主要集中于视场角和成像质量上,而忽略了公差设计,尤其是加工误差对棱镜的影响。针对这一现象,在详细分析了自由曲面棱镜的加工误差来源之后,提出了基于公差约束的自由曲面棱镜优化设计方法,以保证在加工精度允许的前提下得到最佳的成像质量。通过光学仿真实验及成像质量分析,验证了该方法的有效性。

摘要：超薄曲面镜在微型传感器、仪器小型化、重力测量等领域有着重要应用,但受加工难度、装卡精度等因素的限制,其力学性能、结构模态受材料参数影响的规律目前尚未明确,本文基于有限元仿真对超薄曲面镜的力学性能和结构模态进行了数值分析与研究,采用正交试验法研究了超薄曲面镜固有频率与制备材料的密度、杨氏模量以及泊松比的关系,对超薄曲面镜的加工选材、装卡设计、面形误差分析等具有重要的参考价值。研究结果表明,受力分布是影响超薄曲面镜形变的主要因素,而对于特定参数的超薄曲面镜,材料密度、泊松比与反射镜固有频率呈近似反比例的关系,杨氏模量与固有频率呈近似正比例关系。

摘要：原位测量是提高光学自由曲面面形精度的重要手段,对于提高加工效率、实现加工过程自动化具有重要意义。由于面形的复杂性,光学自由曲面原位测量一直是超精密测量领域的难题。提出了一种基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法,测量系统由LVDT气浮式传感器、红宝石探针和数据采集部件组成,采用螺旋线方式进行加工及测量路径的设计,通过运动控制接口实现机床坐标和测量数据的实时同步采集,快速精确地获取测量数据。实验结果表明,所加工的双正弦自由曲面的面形误差在±0.5μm范围内。

摘要：三维伺服机构在柔性坐标测量系统中占有极重要的地位 ,在分析了其它激光跟踪机构的基础上 ,提出一种新型的独立式三维跟踪机构。详细论述了它的工作原理 ,同时也对伺服机构的加工误差、安装误差、伺服电路控制误差等进行了分析。实验证明了伺服转镜机构工作性能可靠 ,测量误差小 ,结构简单 ,容易控制。

摘要：为了实现对近景目标物的三维测量,研制了一种小型仿生复眼系统。介绍了该复眼系统的结构及其参数设计原则,并对该系统采用的标定、三维测量等算法进行研究。首先根据复眼成像特点搭建了标定和测量平台,并分别使用张正友的方法、直接线性变换法、Tsai式两步法三种摄像机标定方法对复眼的中心子眼进行标定,通过比较实验结果发现Tsai式标定方法精度更高,更适用于本复眼系统的标定。然后针对边缘子眼光轴与图像传感器不垂直问题,提出了一种新的图像畸变数学模型,有效的提高了边缘子眼的标定精度。最后建立了多子眼三维探测模型,并探索了多子眼成像对复眼相机测量精度的影响,认为三子眼可获得比双子眼更高的精度和稳定性。实验结果表明,在距离复眼相机150?260 mm范围内,该复眼探测系统的三维测量相对误差在2%左右,在满足仪器小型化的同时能基本实现近景三维测量。

摘要：快速刀具伺服系统是光学复杂面形加工的重要手段,现有直线伺服机构在原理上存在频响低的问题,严重限制被加工面形的复杂程度。分析电磁正应力驱动伺服机构的基本原理,利用有限元分析原理计算伺服机构的最大驱动力和最高频响,证明该方式驱动的伺服机构可以实现高频响应。根据有限元分析结论改善伺服机构的机械结构及选材,并设计伺服机构驱动器。实验研究优化设计的伺服机构响应频率为10.1kHz,工作行程为13μm。

摘要：离轴非球面镜是高精度测量和制造装备不可或缺的光学器件。目前其制造技术的难点在于同时实现高效和高形状精度的加工。笔者借助"子母同体"结构设计和超精密车削技术实现高精度离轴非球面镜加工。利用该结构设计,借助非球面车削加工可实现多个离轴非球面的加工,并从加工路径优化设计和补偿加工技术的研究方面,论述了提高面形精度的方法。实验结果表明:离轴非球面镜的面形精度P-V可在200nm之内,粗糙度Ra约为6nm。

摘要：旋转超声波加工是一种精密、有效的硬脆材料加工方法,为了获得最佳加工质量,旋转超声波钻削加工中,恒定、灵敏地控制工件与工具之间的静载荷至关重要。设计了一种新型的气浮工作台,用于恒定、灵敏地控制旋转超声波加工中的力。并且对比恒速和恒力两种进给方式下,旋转超声波钻削加工高纯氧化铝的加工孔出入口形貌、刀具形貌以及刀具磨损率。研究表明,采用气浮工作台的恒力进给方式可以延长刀具寿命,减小刀具磨损状况下的工件损伤。